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配网接地线状态监测及告警装置设计

发表时间：2021/7/2 来源：《中国电力企业管理》2021年3月作者：秦桂芳

[导读] 配电线路接地装置是将已停电设备临时短路接地的一种安全保证工具，其作用是对高压设备进行停电检修或其他作业时，防止设备误送电和邻近高压带电设备产生感应电压对作业人员造成人身伤害，同时能实现泄放断电设备的剩余电荷，确保现场作业安全。

广西电网有限责任公司崇左供电局秦桂芳 532200

摘要：配电线路接地装置是将已停电设备临时短路接地的一种安全保证工具，其作用是对高压设备进行停电检修或其他作业时，防止设备误送电和邻近高压带电设备产生感应电压对作业人员造成人身伤害，同时能实现泄放断电设备的剩余电荷，确保现场作业安全。
关键词：配网接地线；短路型接地线；接地线状态监测；
        0引言
        配电线路接地装置是将已停电设备临时短路接地用所采用的一种保证安全的工器具，其作用是对高压设备进行停电检修或进行其他工作时，防止设备突然来电和邻近高压带电设备产生感应电压对人体的危害。接地线的设计严格按照国家电力行业标准DL/T879-2004《携带型短路接地线技术规定》。
        接地线由一下部件组成：绝缘操作杆、导线夹、短路线、接地线、接地瑞子和接地钎组成。经过调研，配电网应用的接地线存在多种产品，主要差别集中在接地导线夹上，接地导线夹主要有双簧压紧式、弧口螺旋式接地线夹、平口螺旋式接地线夹这三种形态。
        工作原理和设计思路
        为满足配网接地线监测及预警功能，设计接地状态监测及告警装置，监测接地电阻是否达标，发现异常时可以及时通过声光或震动等方式通知检修人员，保障作业安全。

图1 接地线监测装置设计方案
        设计方案包括对接地线的漏拆、漏接和错挂的远程管理，在硬件设计上支持定位管理模块和远程通信模块。通过每组接地线上的接地状态监测及告警装置，自动发送实时定位信息，在业务管理平台可以实时更新相应的坐标位置，再匹配GIS系统的设备坐标，自动判断接地线安装位置是否装设正确，方便各级管理人员远程掌握现场作业接地线的装设状态，以便于更好的监督安全技术措施的落实情况。
        最终可实现两种业务目标：作业监测告警，接地线装设不当，接地不好的情况，现场进行声光警示；远程监测预警，接地线的漏拆、漏接和错挂的实时监测和主动预警。
        3接地监测预警装置设计
        本系统采用STM32系列处理器作为主控制器，该处理器具有工业级工作温度范围，精度高、内置高速ADC采集，实现对多种信号采集功能。系统分硬件和软件两部分进行设计：其中硬件设计完成了传感器信号调理模块、信号采集模块、CPU控制模块、网络传输模块及外围电路等部分的设计。软件开发采用keil集成开发环境，先实现嵌入式操作系统uCOS-II的移植，然后开发硬件驱动模块，最后开发写子应用任务程序，应用任务程序包括压力监测数据采集、GPS坐标信息采集、远程通信功能程序、就地告警的程序等功能。
        3.1硬件设计
        3.2主控板设计
        主控制芯片选用ST公司的STM32系列处理中的STM32F767型号，该芯片采用高性能ARM CortexM7的32位RISC内核，工作主频可达到216MHz，可满足系统采集监测和通信需求。
        3.2电源管理
        电源管理模块采用5V锂电池供电,信号调理部分直接使用5V供电，单片机系统采用3.3V供电，采用AMS1117作为+5V到+3.3V的电源转换芯片，它内部集成限流电路和过热保护的功能。+5V转+3.3V电路图。
        3.3通信接口
        采用以太网通信接口，可通过上位机软件进行测试仪参数、检测项目设置，查看设备运行状态等服务。
        4接地监测预警装置软件设计
        接地监测预警装置嵌入式软件移植了操作系统uC/OS，该系统提供了实时操作系统所需要的基本功能[16]，其核心部分代码仅有8kB（经过剪裁最少可达2.7kB）。并在此基础上开发压力传感器采集驱动、GPS模块驱动程序、4G通信模块通信程序和逻辑处理程序、告警输出程序。
        5.远程监测应用功能设计
        5.1远程监测功能装置端的设计
        接地监测预警装置的远程监测与预警是通过装置的4G通信将数据上传至服务器后台程序，后台程序在提供接口服务，手机端app通过调用该WEB服务器接口实现远程监测的目的
远程监测功能在装置侧，运行了LwIP HTTP协议，在应用程序中使用tcp_bind()接口函数创建TCP/IP套接字接口，并将相应的通信端口进行绑定。再通过tcp_connect()函数采用预设的服务器端的通信Ip地址和通信端口进行链接请求，并侦听该链接的通信状态，转入相应的处理流程。
        5.2远程监测服务器的设计
        服务器端在接收到来自接地监测装置的访问请求时,需要及时解析出客户请求的方法，客户端发送的方法包括GET或POST命令两种。GET用于从WEB服务器上获取数据，WEB服务器端只要接收到GET请求，便会将网页数据通过TCP连接发送至上位机的浏览器；POST命令用于向服务器传送数据，参数会打包于数据包中传送给WEB服务器,实现动态交互。
        5实施过程
        本节依据接地监测预警装置的设计原理，详细地阐述所设计的接地监测预警装置的使用方法和使用流程。
        首先，当接地监测预警装置上电开机后，装置自动进入软硬件初始化功能模块，对接地监测装置的软硬件进行初始化。
        其次，接地线在不进行现场作业时是存放在工器具柜中，因此接地线监测装置需要长时间待机并且工作功耗要尽可能的小，因此初始化完成后默认进入低功耗状态，装置设计定时唤醒机制，当定时时间间隔到，CPU主动唤醒，并查询接地线的状态，来判断接地线是否进入使用状态。
        6结束语
        本文设计开发了一种支持配网接地线状态监测及告警装置的设计方案，包括挂接状态采集传感器模块、通信模块、电源模块。通过监测接地电阻是否达标，实现接地线挂接状态的监测，发现异常时可以及时通过声光等方式通知现场作业人员，保障作业安全。有效降低了现场作业过程中因为认为疏漏、作业不规范甚至是违规作业导致的接地过程中设备及人身安全事故发生的概率。有效提升现场安全综合管控水平。
参考文献：
[1]张宏伟;宋燕;一种新型便携式接地线的研制与应用[J];电力与能源;2018年01期
[2]雷强;杨忠亮;王媛媛;黄建林;;接地线在线式智能管理系统建设与应用[J];浙江电力;2018年06期
[3]张永超;李洪;王东;配电网万向型接地线的研制[J];电气时代;2017年06期
作者简介：秦桂芳（1980），女，广西崇左。高级工程师，主要从事主、配网调度运行研究工作。